[發(fā)明專利]一種電子束焊接與激光增材制造復合連接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710680001.9
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107498203B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 湯海波;田象軍;張述泉;劉棟;李安;李佳;程序;朱言言;何蓓;李卓
• 申請（專利權）人: 北京煜鼎增材制造研究院有限公司
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

一種電子束焊接與激光增材制造復合連接方法，包括以下操作步驟：首先，對于截面厚度H≥100mm的零件基材需根據零件尺寸加工剖口，獲得開槽的零件；其次，對開槽的零件表面進行清洗、烘干處理；再次，將清洗后的零件固定在電子束焊接腔體中，當真空度達到10^?2Pa后，對其進行電子束深熔焊接；最后，將電子束深熔焊接后的零件固定在激光增材制造腔體中，在惰性氣體氣氛保護下，以焊接位置為中心進行循環(huán)往復式的掃描沉積。本發(fā)明的優(yōu)點在于經過電子束焊接與激光增材制造復合連接的金屬構件可在焊接區(qū)域獲得冶金結合的低熱應力焊接區(qū)，在增材制造區(qū)域獲得快速凝固組織，兩者導致的熱影響區(qū)都很小，從而獲得力學性能優(yōu)異的大型金屬連接構件。

技術領域

本發(fā)明涉及一種電子束焊接與激光增材制造復合連接方法，具體涉及一種 大厚度截面金屬構件的電子束焊接與激光增材制造復合連接方法。

背景技術

航空、航天、電力、石化、船舶等現代工業(yè)高端裝備正向大型化、高參數、 極端惡劣條件下高可靠、長壽命服役的方向快速發(fā)展，致使其鈦合金、高強鋼、 耐熱合金等關鍵金屬構件尺寸越來越大、結構日益復雜、性能要求日益提高， 對制造技術的要求越來越高、挑戰(zhàn)日益嚴峻，其中關于大型整體復雜構件的高 效連接逐漸成為重大高端裝備制造業(yè)的基礎和核心關鍵技術之一。

電子束焊接(Electron beam welding，EBW)是利用電子槍中陰極所產生 的電子在陰陽極間的高壓(25-300kV)加速電場作用下被拉出，并加速到很高 的速度(0.3-0.7倍光速)，經一級或二級磁透鏡聚焦后，形成密集的高速電子 流，當其撞擊在工件接縫處時，其動能轉換為熱能，使材料迅速熔化而達到焊 接的目的。與電弧焊等傳統(tǒng)焊接技術相比，電子束焊接技術具有能量密度高、 熔透性高、焊縫窄、深寬比大、焊縫熱影響區(qū)小、焊接工藝參數容易精確控制、 易于控制、能焊接難熔及異種金屬以及重復性和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，從而在工業(yè) 上得到了廣泛的應用。近年來，電子束焊接技術迅速發(fā)展，在大型零件制造及復雜零件加工等方面都顯示出了獨特的優(yōu)越性。

然而，由于高速電子在金屬中的穿透能力有限，在設備最大功率條件下， 電子束焊接一次可焊最大厚度鋼板約為40mm，鈦合金約50mm，鋁合金約50mm， 但對于某些大型裝備而言，其焊接深度難以滿足某些大厚度截面金屬材料的連 接需求。目前，現有方法通過在零件表面進行開槽后再進行焊接，但是一方面 開槽會影響零件尺寸和形狀的完整性；另一方面，電子束焊接難以進行原位堆 焊，通常會采用手工電弧焊的方式對零件的剖口進行堆焊，但是這種方法會引 入較大的內應力，并且由于人工原因會導致出現未焊合、氣孔等缺陷，導致構 件性能較差。

激光增材制造技術(Laser additive manufacturing，LAM)借鑒了快速原 型技術“離散+堆積”的原理，在零件CAD三維實體模型切片數據的指導下， 通過高功率激光熔化同步輸送的金屬粉末并且在基材表面熔化部分材料，兩者 混合形成熔池，激光束掃過后熔池發(fā)生快速凝固，從而沉積在已凝固的基材上， 以此逐層堆積，最終得到三維零件。該技術能實現大型復雜結構致密金屬零件 的快速、無模具近凈成形，是一種先進的金屬零件3D打印技術。與傳統(tǒng)應用于 大厚度金屬零件連接的電弧堆焊技術相比，激光增材制造熱輸入較小且可控， 能夠有效減小熱累積導致的熱應力；增材制造過程在保護氣體保護下進行，由 計算機精確控制的送粉、掃描和沉積過程穩(wěn)定，能夠有效減小未焊合、裂紋和 氣孔等缺陷；另外，激光增材制造不受材料種類、零件形狀和尺寸等的限制， 能夠快速及時完成焊接任務。因此，若能將激光增材制造與電子束焊接復合， 對某些大型/超大型零件進行連接，即對已開剖口的構件先進行電子束焊接，進 而在剖口處進行增材制造，完成零件的連接，必然可實現構件連接，從而實現 最小的材料浪費，獲得內應力較小的快速凝固組織。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的，一種電子束焊接與激光增材制 造復合連接方法，包括以下操作步驟：

首先，對于截面厚度H≥100mm的零件基材需根據零件尺寸加工剖口，獲得 開槽的零件；